RELATÓRIO DE TERMODINÂMICA EXPERIMENTAL

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
Instituto de Engenharia Mecânica

Ensaio nº 01: Medidores de Temperatura

Disciplina: EME503P

Curso: Engenharia Mecânica-Aeronáutica | Engenharia Mecânica

Alunos: André de Sousa Paz | Vitor Enrique Lossio Correa Eleuterio

Matrícula: 2017020853 | 2017000645

Professor: Fagner Luis Goulart Dias

Turma: T06

Data e Hora do Ensaio: 26/03/2018 das 15:45 às 17:30

Itajubá, (1º Semestre/2018)

ANDRE DE SOUSA PAZ

VITOR ENRIQUE LOSSIO CORREA ELEUTERIO

RELATÓRIO DE TERMODINÂMICA EXPERIMENTAL

Relatório acadêmico apresentado à disciplina de Termodinâmica experimental. Profº.: Dr. Fagner Luis Goulart Dias.

1 – INTRODUÇÃO

A medição de temperatura no ambiente industrial, atualmente, engloba uma ampla variedade de necessidades e aplicações. Para atender essa ampla gama de necessidades, foram desenvolvidos um grande número de sensores e dispositivos para lidar com essa demanda. A temperatura é muito crítica e muito variável para a maioria dos processos indústriais. Muitos processos devem ter a temperatura monitorada ou controlada. Isso pode variar de simplesmente, do monitoramento de temperatura da água de um motor, até em medidas mais altas, como a temperatura do gás de combustão de uma usina, ou de um alto-forno ou escape de um foguete.

Esses sensores são muitos mais comuns para medição de temperaturas dos fluidos ou aplicações de suporte de um processo, ou em objetos sólidos, como placas de metal, rolamentos e eixos em uma peça de maquinaria.

Neste relatório constam conceitos e usos de muitos dos medidores de temperaturas, e suas variações em determinadas aplicações.

2 – DESENVOLVIMENTO TEÓRICO

A necessidade de se realizar medições precisas se dá através dos diversos processos que necessitam ser controlados, tanto no ramo de pesquisas quanto em linhas de produção em indústrias. Para isso é necessário conhecer o modo de funcionamento dos diversos medidores e suas funcionalidades práticas.  

Com relação aos termômetros, medidores de temperatura, é possível dividi-los em grupos de acordo com os seus princípios de funcionamento, sendo eles o método mecânico, por efeito elétrico, efeito radioativo e comparação por cores.

2.1 - MÉTODO MECÂNICO

 

Valendo-se das alterações que os materiais sofrem em relação a pressão e medidas enquanto ocorre alteração de temperatura, são feitas relações que permitem o conhecimento desta temperatura.

 

2.1.1 - TERMÔMETRO DE GÁS

 

O termômetro de gás tem como base o princípio da termodinâmica, dizendo que quando há volume constante, a pressão cresce com o aumento da temperatura, seguindo a equação do gás perfeito :

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2.1.2 - TERMÔMETRO BIMETÁLICO

 

Baseados no fato da expansão em metais diferentes, apresentarem dilatações divergentes, pois o termômetro em questão é constituído por dois metais soldados de materiais não iguais, a temperatura é obtida devido ao encurvamento de uma das partes.  

Apresentando funcionamento a partir do princípio da dilatação linear, ele tem operação de segurança em temperaturas entre -20°C e 400°C e o material de sua constituição é mais comumente o inconel.

2.1.3 - TERMÔMETRO DE BULBO

 

Seu funcionamento é a partir de expansão térmica de um líquido, geralmente o mercúrio, dentro de um bulbo, segue a seguinte lei da termodinâmica:

 

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sendo “a” o coeficiente de variação da temperatura.

2.2 - EFEITO ELÉTRICO

        Podemos dividir esse tipo de termômetro em duas vertentes principais, sendo uma delas por resistência elétrica e a outra por efeito termoelétrico. Em relação a elétrica podemos ressaltar a relação entre resistência elétrica e a mudança de temperatura, já o segundo funciona a partir do chamado efeito Seeback, onde uma força eletromotriz é gerada devido a diferença de temperatura entre os dois condutores elétricos diferentes.

        Como exemplo do primeiro temos os termistores e os termômetros de cristal de Quartzo. Naquele caso o aumento da temperatura causa uma diminuição da resistência elétrica, já neste a variação de temperatura causa uma mudança na frequência de ressonância do cristal.

        Tratando dos termômetros por efeito termoelétrico demos o exemplo do termopar,. Este que é constituído de dois condutores diferentes que geram uma força eletromotriz quando submetidos a temperaturas diferentes (efeito Seeback). Cada termopar é constituído de diferentes materiais, sendo assim existem variações nas faixas de medição de cada um dele.

        2.3 – EFEITO RADIOATIVO

        Baseados no princípio de Stefan-Boltzman, que possui o enunciado dizendo que a temperatura do corpo influencia na radiação que os corpos emitem, esses medidores permitem monitorar a temperatura sem contato direto com o objeto. A equação abaixo rege e funcionamento deste tipo de termômetro.

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onde Q é a radiação emitida, ɛ é a emissividade da superfície, σ é a constante de Stefan-Boltzmann e T é a temperatura absoluta do corpo.

Os dois principais tipos desse termômetro são o pirômetro ótico e o de radiação.

2.3.1 - PIRÔMETRO ÓTICO  

 

Opera por meio da comparação do brilho de um filamento incandescente por meio de uma célula foto elétrica.

        2.3.2 – PIRÔMETRO DE RADIAÇÃO

Utiliza-se do funcionamento de um termopar para obter uma força eletromotriz através da radiação emitida pelo corpo que é medida por um potenciômetro e assim obtido o valor da temperatura.

2.4 - COMPARAÇÃO DE CORES

 

Utilizados principalmente em locais de difícil acesso, como por exemplo em motores, esses medidores de temperatura utilizam pigmentos que alteram as suas cores quando em contato com diferentes temperaturas. Desse modo, a pós o local onde o material foi aplicado sofrer alteração se faz uma comparação de cores com uma tabela já anteriormente existente e padronizada.